爆炸物理学 Explosion Physics

本书系统地阐述了爆炸物理学的基本概念、理论和方法，内容包括爆炸的基本概念和基本特征、热力学基础知识、波和冲击波理论、爆轰波经典理论、凝聚炸药的点火与起爆、爆轰参数的理论与工程计算、气体爆轰现象及理论、凝聚炸药爆轰现象及爆轰理论，同时还对爆轰波后产物流动规律及其推动作用，爆炸的直接作用等相关问题进行了较为全面的阐述。本书着眼于讲清楚四个方面的基本知识（基本概念、基本理论、基本公式推导及分析计算、基本实验方法），理论内容深入充实，对工程应用有实际参考意义。本书可作为国防军工院校相关专业和学科的教材，同时还可作为爆炸技术及应用等各军工专业以及工程爆破技术、石油化工、采矿与建井、水利、电力、交通等民用部门相近学科专业科技人员的参考书。  

   第1章爆炸现象
   1.1爆炸概念及分类
   1.2炸药爆炸的基本特征
   1.3炸药化学变化的形式
   1.4爆炸物的分类
   1.4.1按爆炸物的应用特性分类
   1.4.2按爆炸物的组成分类
   第2章热力学基础
   2.1热力学第一定律
   2.2热力学第二定律
   2.2.1热力学第二定律的两种表述
   2.2.2卡诺循环
   2.2.3卡诺定理与熵增原理
   2.2.4TdS方程
   2.2.5熵增计算
   2.3比内能、比焓、熵、自由能、比容
   2.4热力学函数
   2.5化学平衡
   2.5.1化学平衡的条件及平衡常数
   2.5.2平衡常数的表示式及相互关系
   2.5.3爆轰反应区的动态化学平衡
   第3章波与冲击波
   3.1气体的物理性质
   3.2气体状态方程
   3.3扰动及其传播
   3.3.1扰动和波的概念
   3.3.2声速和等熵线
   3.3.3压缩波和稀疏波
   3.4冲击波
   3.4.1平面正冲击波的基本关系式
   3.4.2多方气体中的冲击波
   3.4.3冲击波的瑞利线和雨贡纽曲线
   3.4.4冲击波的基本性质
   3.4.5冲击波的反射
   3.4.6弱冲击波及声学近似
   第4章爆轰波经典理论
   4.1C-J理论
   4.1.1C-J模型的基本假设
   4.1.2爆轰波的基本方程式
   4.1.3爆轰波稳定传播的条件
   4.2ZND模型
   4.2.1ZND模型的基本假设
   4.2.2ZND模型中的雨贡纽方程
   4.2.3ZND模型中的瑞利线
   4.2.4ZND模型中的柔格法则
   4.3活塞问题的确定性
   4.3.1问题的提出
   4.3.2活塞问题解的确定性
   第5章凝聚炸药点火与起爆
   5.1炸药的感度
   5.2热爆炸理论及炸药的热感度
   5.2.1均温分布的定常热爆炸理论
   5.2.2非均温分布定常热爆炸理论
   5.2.3爆发点和爆发延滞期
   5.2.4热爆炸的非稳定状态理论
   5.2.5炸药的热感度及表征方法
   5.3机械作用下的点火与起爆
   5.3.1炸药在机械作用下的起爆机理
   5.3.2炸药的机械感度
   5.4冲击波作用下的点火与起爆
   5.4.1均质炸药的冲击起爆
   5.4.2非均质炸药的冲击起爆
   5.5非冲击点火与起爆
   5.5.1非冲击点火机理
   5.5.2非冲击点火统计微裂纹模型
   5.6燃烧转爆轰
   5.7炸药的静电感度
   5.7.1炸药的摩擦生电
   5.7.2炸药对电火花的感度
   第6章爆轰波参数计算
   6.1气相爆轰波参数的近似计算
   6.1.1C-J爆轰波参数关系式
   6.1.2强爆轰波参数关系式
   6.1.3弱爆轰波参数关系式
   6.1.4瞬时爆轰关系式
   6.1.5气相C-J爆轰波参数近似计算举例
   6.2气相C-J爆轰波参数的精确计算
   6.2.1C-J爆轰波参数的计算式
   6.2.2气体爆轰产物具体组成及热力学参数的计算
   6.3凝聚炸药爆轰波参数计算
   6.3.1凝聚炸药爆轰产物的状态方程
   6.3.2凝聚炸药爆轰波参数的理论计算
   6.4爆轰波反应区的定常解
   6.5爆轰波参数的工程计算
   6.5.1凝聚炸药爆轰波参数的康姆莱特计算法
   6.5.2混合炸药爆速的经验计算方法
   第7章气体爆轰
   7.1爆炸浓度极限及其确定方法
   7.1.1爆炸浓度极限
   7.1.2爆炸浓度极限的计算
   7.2螺旋爆轰现象及胞格结构
   7.3影响气体爆轰传播的因素
   7.4云雾爆轰现象
   7.4.1云雾爆轰现象
   7.4.2云雾爆轰机理
   第8章凝聚炸药爆轰
   8.1凝聚炸药爆轰波参数的实验测定方法
   8.1.1爆速测试
   8.1.2爆轰压力测试
   8.1.3粒子速度测试
   8.2爆轰波传播的实验观测
   8.3凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应
   8.3.1爆轰波传播时的直径效应现象
   8.3.2哈里顿原理与直径效应
   8.3.3考虑能量耗散的直径效应理论
   8.4影响凝聚炸药爆轰传播的因素
   8.4.1炸药性质对爆速的影响
   8.4.2装药密度对爆速的影响
   8.4.3颗粒尺寸和装药外壳对爆速的影响
   8.4.4附加物对爆速的影响
   8.4.5炸药的低速爆轰
   8.5爆轰波的形状及其控制
   8.5.1爆轰波的自然波形
   8.5.2爆轰波形的控制
   第9章爆轰产物的一维流动及对刚体的作用
   9.1描述流场的方法
   9.2气体的平面一维流动
   9.2.1气体平面一维流动方程组
   9.2.2平面一维等熵流动方程组的特征
   9.2.3特征线的性质
   9.3气体平面一维等熵流动方程组的解
   9.3.1简单波解——特解
   9.3.2复合波解——通解
   9.4高能凝聚炸药爆轰产物的一维流动
   9.4.1爆轰波阵面后产物的一维流动
   9.4.2爆轰产物的双向一维流动
   9.4.3接触爆炸时作用于药柱端面固壁上的压力和冲量
   9.5爆轰产物对刚体的一维驱动
   9.5.1刚体位于爆轰波的迎面
   9.5.2从放置刚体的一端引爆
   第10章冲击波与可压缩介质的相互作用
   10.1冲击波和简单稀疏波的u-p曲线
   10.2冲击波与可压缩凝聚介质的作用
   10.3爆轰波与空气界面的作用
   10.4可压缩介质界面在爆轰波作用下的运动规律及作用冲量  

爆炸物理学爆炸是自然界经常发生的一种物理的或化学物理的过程，在爆炸过程中，能量以极高的速度释放，并对外做功。炸药及爆炸技术在军事上的重要意义不言而喻，在很多民用领域，如煤炭、水利、冶金、机械等，也发挥着极其重要的作用。爆炸物理学是爆炸力学的一个重要分支，也是一门具有广阔应用前景的学科，它涉及爆轰的激发、稳定及不稳定爆轰波的传播、爆炸对介质与目标的直接作用以及实验诊断技术和方法。本书融会了多年来的学科进展以及教学实践，在10多年讲义的基础上编写而成。本书系统介绍了冲击波、爆轰波经典理论、气体爆轰理论、凝聚炸药爆轰理论、爆轰产物的传播及其对物体的作用。爆炸物理学是从事炸药及爆炸相关研究必备的专业基础知识，也是我国爆炸力学、弹药工程与爆炸技术、特种能源技术与工程、安全工程（爆炸安全方向）等本科专业必修的一门专业基础课程。本书可作为相关本科专业的教学用书，还可作为兵器科学与技术、力学、安全科学与工程等学科研究生的教学用书，亦可供从事与含能材料爆炸或爆轰研究、应用及安全防护的有关科技工作者参考。本书共由10章组成。第1章介绍了爆炸的基本现象。第2章为热力学基础，简要介绍了热力学的基本定律和概念。第3章阐述了波与冲击波，重点讲述了冲击波的基本方程和基本性质。第4章详细阐述了爆轰波经典理论，重点介绍了爆轰波传播的CJ理论和ZND模型。第5章主要讲述了凝聚炸药点火与起爆，重点介绍了在外界作用下凝聚炸药点火和起爆机理。第6章给出了爆轰波参数的理论计算方法和工程计算方法。第7章讲述了气体爆轰现象和理论以及影响气体爆轰的因素。第8章介绍了凝聚炸药爆轰现象以及凝聚炸药中爆轰波的传播规律与控制技术。第9章主要介绍了爆轰产物的一维流动及对刚体的作用。第10章阐述了冲击波与可压缩介质的相互作用。在本书的撰写过程中，张锦云副教授给予了大力支持和帮助，张庆明教授给予了悉心指导并进行了审阅；王虹富博士、王诗瑶硕士进行了文字输入和排版校对工作，在此表示衷心的感谢！本书得到北京理工大学“双一流”建设的资助。由于编者水平有限，缺点、疏漏在所难免，敬请读者批评指正。
   编者